王亞琳

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

0 引 言

斷陷盆地中，斷層的封閉性能對油氣的運(yùn)移和聚集起重要的控制作用。關(guān)于斷層啟閉性，目前已經(jīng)有眾多的研究成果[1-7]，包括斷層側(cè)向封堵性和斷層垂向啟閉性2個(gè)方面。事實(shí)上，由于斷層成因機(jī)制的不同，正斷層、逆斷層、走滑斷層的封堵性存在明顯的差異；即使是同一條斷層，由于斷層面本身具有走向多變、凹凸不平、陡緩不同等三維幾何形態(tài)的差別，在不同的區(qū)段也表現(xiàn)出不同的啟閉性[8-11]，而濟(jì)陽坳陷惠民凹陷夏口斷層即為不同區(qū)段具有不同三維幾何形態(tài)的走滑正斷層。前人對夏口斷層封閉性能的研究解釋了斷層兩盤油氣成藏的差異性現(xiàn)象，但沒有揭示斷層封堵能力差異性的本質(zhì)。該文試圖以濟(jì)陽坳陷惠民凹陷夏口斷層為例，從斷層形成的動力學(xué)角度分析入手，探討走滑正斷層封堵能力差異性的地質(zhì)原因，為走滑正斷層封堵能力的研究提供了新的思路和方法，對其他地區(qū)具有一定的的借鑒和指導(dǎo)作用。

1 斷層特征與成因機(jī)制

1.1 斷層幾何學(xué)特征

夏口斷層為惠民凹陷臨南洼陷與曲堤地壘的分界斷層(圖1)。斷層平面上呈向南凸出的弧形，總體走向?yàn)镹E向，由不同段的近EW向和NE向斷層組成，整體傾向NW。斷層?xùn)|西長約為90 km，斷距為200～2 000 m，斷穿層位為中生界—新近系明化鎮(zhèn)組，且自下而上斷距逐漸變小。主斷層常與NEE向次級斷層斜交形成羽狀斷裂系統(tǒng)，顯示其具有右行走滑伸展斷層的特征。其派生的次級斷層以同向斷層為主，形成馬尾狀結(jié)構(gòu)[12]。

圖1惠民凹陷形成機(jī)制及夏口走滑斷層

夏口斷層是繼承性活動斷層，古近系孔店組至沙四段沉積時(shí)期活動較弱，主要控制了沙三段及其之后的地層沉積，對沙一段至東營組的控制作用尤為明顯，表明夏口斷裂開始活動于沙三段沉積期，強(qiáng)烈活動于沙一段—東營組沉積時(shí)期[9-10]。

1.2 斷層成因機(jī)制

夏口斷層與北部的臨邑?cái)鄬咏M合成一個(gè)大型的負(fù)花狀構(gòu)造，具有走滑伸展性質(zhì)，自古近紀(jì)沙河街組沉積以來，控制了盆地的快速沉降。因此，臨南洼陷沙三段—東營組沉積期的盆地原型為走滑伸展盆地，疊加在早期的伸展盆地之上。臨南洼陷的發(fā)育演化與新生代時(shí)期蘭聊斷裂的右行走滑有關(guān)(圖1)，夏口斷層、臨邑?cái)鄬涌梢钥醋鍪翘m聊斷層右行走滑的R剪切面同向走滑斷層。由于蘭聊斷層在新生代的持續(xù)活動，形成了臨南洼陷現(xiàn)今的走滑—伸展盆地構(gòu)造特征[12-13]。

2 斷層兩盤油氣聚集差異性

以夏口斷層為界，下降盤形成臨南洼陷，上升盤形成曲堤地壘，兩者間的油氣成藏具有明顯差異性：下降盤油氣富集則上升盤油氣貧乏，下降盤貧油則上升盤富集(圖2)。以X26、X464井為界，劃分為西段(X26井以西)、中段(X26—X464井之間)、東段(X464井以東)等3個(gè)區(qū)段。

2.1 西段油氣發(fā)現(xiàn)

下降盤發(fā)現(xiàn)了X32、X326井等連片含油區(qū)帶，構(gòu)成臨南油田的一部分。而上升盤錢官屯地區(qū)僅探明Q4、Qx14、Qx141、Qx15、Qx19井等零星含油區(qū)塊。

2.2 中段油氣發(fā)現(xiàn)

上升盤發(fā)現(xiàn)了曲堤油田；而下降盤以X37井為界分成兩部分：西部的NE向區(qū)段僅發(fā)現(xiàn)X24、X16等較窄的含油條帶。東部近EW向區(qū)段發(fā)現(xiàn)了X961、X461、X223井等大面積含油區(qū)塊。

2.3 東段油氣發(fā)現(xiàn)

東段完鉆井較少。下降盤在X28、X95、X11井見油氣顯示或低產(chǎn)油流；上升盤的L1、Bg1、B2、B3、X553等井均鉆探落空。

西段和中段油氣差異分布的原因是夏口斷層不同區(qū)段封堵能力不同。臨南洼陷的油氣在向臨南斜坡運(yùn)移時(shí)：西段受到斷層的封閉而被阻止，在下降盤形成臨南油田；局部區(qū)段可能封閉能力差，油氣越過斷層在錢官屯地區(qū)聚集；中段斷層的封堵能力較差，油氣越過斷層到達(dá)上升盤，富集形成曲堤油田；東段未成藏的原因可能與生烴洼陷相距較遠(yuǎn)、油氣運(yùn)移路徑復(fù)雜等有一定關(guān)系。

3 走滑正斷層封堵能力差異性的動力學(xué)機(jī)制

前人先后應(yīng)用模糊評價(jià)、泥巖涂抹系數(shù)等方法研究了斷層在縱、橫向上的封閉性，總結(jié)了斷層封閉能力演化過程[8，11，14-16]。

圖2夏口斷層扭張構(gòu)造與油氣運(yùn)聚關(guān)系

斷層的凹凸面控制油氣的運(yùn)聚，油氣沿夏口斷層向北突出的凸形斷面較陡處以匯聚流的形式運(yùn)移至曲堤地區(qū)，坡度較緩的凹形斷面處不是油氣運(yùn)移的優(yōu)勢方向[14]；同時(shí)，斷層活動性控制油氣的運(yùn)聚，中段活動性最強(qiáng)、西段次之、東段最弱，使得南斜坡油氣分布差異較大[11、16]；X26—X24井區(qū)段，斷層下降盤沙三段砂巖與上升盤沙四段砂巖大量對接，導(dǎo)致斷層的封閉性較差[16]。

3.1 走滑正斷層封堵能力差異性的動力學(xué)成因模式

前人在研究大型走滑斷層的力學(xué)性質(zhì)時(shí)認(rèn)為：右行走滑斷層右階彎曲處表現(xiàn)為張性環(huán)境，可形成斷陷盆地，右行走滑斷層左階彎曲處局部表現(xiàn)為壓性環(huán)境(圖3a)，可形成斷塊隆起；相反，左行走滑斷層右階彎曲處局部表現(xiàn)為壓性環(huán)境，可形成斷塊隆起，左行走滑斷層左階彎曲處局部表現(xiàn)為張性環(huán)境，可形成斷陷盆地。

圖3 走滑斷層彎曲處的受力性質(zhì)及露頭方解石充填特征

同理，一條規(guī)模相對較小的走滑斷層，在其彎曲處不具備形成斷陷或隆起的能力，但可以改變斷層兩盤地層接觸的緊密程度。通過對一條走滑微斷層的露頭觀察，發(fā)現(xiàn)方解石充填寬度明顯不同，有規(guī)律地呈現(xiàn)寬—窄—寬—窄……，寬的方解石脈充填說明斷層是張開的，處于拉張環(huán)境，充填前有利于油氣的運(yùn)移；窄的方解石脈充填或無充填代表構(gòu)造的壓性或弱張性環(huán)境，有利于油氣的聚集成藏(圖3b)。

走滑正斷層以正斷活動為主要特征，但由于存在水平方向的走滑分量，不同位置斷層面走向與走滑方向的夾角不同，導(dǎo)致不同彎曲處的局部力學(xué)性質(zhì)有所不同，表現(xiàn)為局部的擠壓或局部拉張，進(jìn)而影響斷層的啟閉性。

3.2 夏口斷層不同區(qū)段力學(xué)性質(zhì)與啟閉性

惠民凹陷的主要成藏期為新近紀(jì)[17-19]。因此，研究新近系夏口斷層的應(yīng)力狀態(tài)，可以推斷斷層不同區(qū)段的封堵性。新近系研究區(qū)主要遭受近WE向的擠壓[20-23]。研究區(qū)內(nèi)X503井井壁崩落方向?yàn)榻黃N 向,誘導(dǎo)縫走向?yàn)镹EE向75 ℃,說明新近紀(jì)至現(xiàn)今主應(yīng)力為NEE向壓應(yīng)力。夏口斷層承受的擠壓應(yīng)力可以分解為與斷層平行的走滑分量和與斷層垂直的擠壓分量，且走滑分量大于擠壓分量，斷層整體以右旋走滑壓扭為特征；在該走滑分量作用下，斷層發(fā)生一定程度的右旋走滑壓扭活動。對該斷層的不同區(qū)段受力情況進(jìn)行分析，可以劃分出(強(qiáng))張段、走滑壓扭段和走滑扭壓段。

3.2.1 (強(qiáng))張段

近EW向和NEE向區(qū)段與區(qū)域主壓應(yīng)力場方向平行，處于右行走滑右階彎曲處，表現(xiàn)為局部強(qiáng)拉張環(huán)境，斷層封堵能力差，應(yīng)該是油氣穿過斷層向上升盤運(yùn)移的主要通道。

X30-X2—X36—X67區(qū)段：下降盤僅有X26井沙三段見顯示，而X36、X67井等無顯示。從上升盤錢官屯油田的展布方向來看，油氣應(yīng)該來自于該區(qū)段的西半段X30—X2井以東的X26—X36井區(qū)。

X962—X224—X223區(qū)段：下降盤僅有X224、X22井見油氣顯示，是上升盤曲堤油田的主要油氣來源通道。地球化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，曲堤油田的原油來自2個(gè)途徑：一是從X50井往南東東方向到X24井經(jīng)過Qx104-Q102井，再向前一直到Qx8井；二是自X47井向西南方向經(jīng)Q15井，一直到Q10井，再向西南、南、東南方向至Q102、Qx9-Qx8井；且大部分油氣來自于東北部的X47井方向[12]，也證明夏口斷層在X962—X224—X223井區(qū)段是開啟的。

X11—X553區(qū)段：距離臨南生烴洼陷比較遠(yuǎn)，至今在上、下盤均未發(fā)現(xiàn)油氣。

3.2.2 走滑壓扭段

NE向區(qū)段局部走滑分量略大于擠壓分量，斷層封堵性較好，下降盤構(gòu)造圈閉可以聚集油氣；當(dāng)油藏壓力大于斷層排替壓力時(shí)，部分油氣可以突破斷層的封堵，向上升盤運(yùn)移。

X321—X326—X32—X30-X2區(qū)段：下降盤目前發(fā)現(xiàn)了受斷層封堵作用控制的構(gòu)造油藏，主要含油層系為古近系沙三段中—上亞，同時(shí)也是錢官屯油田的油氣來源之一。

X24-7—X24—X16—Xx961—X962區(qū)段：該帶下降分布沙三段構(gòu)造油藏，探明儲量為120×104t；部分油氣突破斷層的封堵，成為曲堤油田的油氣來源之一[14、16]。

X223—X464—X28—X95區(qū)段：X223井古近系發(fā)育受夏口斷層控制的構(gòu)造油藏，沙三段試油3層，均獲工業(yè)油流；X28井沙三段下亞段測試日產(chǎn)油為1.86 t/d、日產(chǎn)水為12.40 m3/d，X28井沙三段試油大量出水，說明油氣源不夠充足，油氣不具備越過斷層繼續(xù)在上升盤運(yùn)移的條件，由于鉆探落空，上升盤的梁1井沙二段錄井見2層2 m油斑。

3.2.3 走滑扭壓段

NNE向區(qū)段擠壓分量明顯大于走滑分量，處于右行走滑左階彎曲處，表現(xiàn)為局部強(qiáng)烈擠壓作用，斷層封堵性最強(qiáng)。

X57—X321區(qū)段：根據(jù)失利原因分析，下降盤的多口井未見油氣顯示的原因是油氣輸導(dǎo)問題，而與斷層封堵性無關(guān)。

X95—X11區(qū)段：該段雖然封堵性較好，但遠(yuǎn)離生烴洼陷，油氣源條件較差。下降盤X95井古近系沙三段中亞段日產(chǎn)油為3.18 t/d；X11井在古近系沙四段解釋油水同層1層2.4 m。上升盤的白古1、白2、白3井均鉆探落空。

4 結(jié) 論

(1) 走滑正斷層不同區(qū)段局部受力性質(zhì)的差別是造成斷層封閉能力存在差異的主要地質(zhì)原因。

(2) (強(qiáng))張段對應(yīng)斷層開啟段，是油氣通過斷層向曲堤地壘運(yùn)移的主要通道。

(3) 局部走滑壓扭段對應(yīng)斷層封堵段，是斷層下降盤油氣成藏的主要區(qū)帶，當(dāng)下降盤的油藏壓力大于斷層的突破壓力時(shí)，也可以成為上升盤油氣運(yùn)移的通道之一。

(4) 走滑扭壓段封閉能力極強(qiáng)，不利于油氣的橫向和垂向運(yùn)移。

(5) 該研究為走滑正斷層封堵能力的研究提供了新的思路和方法，該方法既可以用于斷層封堵性的研究，也可以對它源淺層圈閉的油氣來源進(jìn)行預(yù)測，對油氣勘探具有一定的指導(dǎo)作用。

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